634522430毕业设计（论文）基于GSK980TD系统C630的数控化改造

1、广西工学院毕业设计(论文)说明书课题名称 基于gsk980td系统c630的数控化改造 系 别专 业 班 级 学 号 姓 名 指导教师 教研室主任 系 主 任 年 月 日摘 要由于机床以及技术的不断进步，机床改造是一个永恒的课题。数控技术由于其种种优点，使数控系统成为机械制造业的重要装备。因此，我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。c630车床虽然能粗、精车各种黑色金属、有色金属及非金属材料工件的内、外圆柱面、内、外圆锥面及其他旋转面、粗、精车端面、车削各种常用公制、英制、模数、径节螺纹及多头螺纹。但是由于众多制造企业面临着提高产品质量、降低生产成本的竞争压力，越来越多

2、的生产厂商开始通过对现有生产设备c630进行升级改造，以此来提高自己的竞争力。本文以c630普通车床为研究对象，在去掉其溜板箱、进刀箱等基础上，设计了一套完整的数控机床自动控制系统，以数控系统控制交流伺服驱动单元驱动步进电机，达到两轴同时运动，从而产生运行轨迹。对在数控改造中遇到的诸多问题，包括系统运动控制方案、进给伺服系统、步进电机、数控系统的计算和选择及电气系统的设计作了详细的研究设计，对数控系统参数设置、plc梯形图编程作了逐一描述，为机床数控改造提供了一个可行的解决方案。机床改造完毕后，已投入现场应用且运行状态良好，证明了本方案的切实可行，也为生产单位取得了良好的经济效益。改造完后的机

3、床，各项技术指标通过现场监测均已达到国家数控机床标准。关键词：数控改造、数控系统、步进电机、plcabstractwith the developing of machine tool and technology，improvement of machine tool is a eternal subjectbecause the strongpoints of nc technology，nc system has become the main equipment of mechanism and manufacturefor this reason, the improvement o

4、f mechanism in our country is also changed from a traditional industry to a new industry which lead by nc technologyalthough the c630 lathe can be coarse, fine cars all kinds of ferrous metals, nonferrous metals and non-metallic materials, the workpiece, the cylindrical cylinders, inside and outside

5、 the cone surface, and other rotating surface, coarse, fine cars face, turning a variety of commonly used metric, british , modulus, diametral pitch thread and the long thread. however, due to the numerous manufacturing enterprises are facing to improve product quality, reduce production costs, comp

6、etitive pressure, more and more manufacturers began to existing manufacturing equipment c630 upgrades, in order to improve their competitiveness.in this paper, c630 lathe as the research object, in removing the slip sheet box, feed bins based on the design of a complete automatic control system for

7、cnc machine tools to cnc-controlled ac servo drive stepper motor drive unit to achieve at the same time two-axis movement, resulting in running track. nc transformation in the many problems encountered, including the system motion control programs, feed servo system, stepper motor, cnc system select

8、ion and design of computing and electrical systems provided a detailed research design, parameter setting of the cnc system, plc ladder description of each program description for the machine tool numerical control transformation provides a viable solution.after improvement，the lathe is used in work

9、space and get a good result，it proves that the method is feasible and makes a good economic benefit1athes of improved get pass all targets of national digital-control criterionkey words: rebuild with nc, cnc system, stepper motor, plc目 录第一章 绪 论1第一节 机床数控化改造的需要1一、我国数控机床的情况1二、机床数控化改造的必要性1第二节 数控化改造的内容以及

10、特点2一、数控改造的内容2二、机床数控改造的特点2第三节 本课题研究的主要内容及设计方案3一、本课题研究的主要内容及设计方案3二、本课题机床改造后的特点4第二章 c630机械部分的改造与设计4第一节 机械部分的设计4一、纵向进给系统的设计与计算4二、横向进给系统的设计与计算15第二节 机械部分改造16一、主轴传动系统的改造16二、进给系统的改造17图2.5 纵向进给传动18三、刀架的改造18四、自动润滑系统的改造19第三章 数控系统的选择和机床电气部分的设计19第一节 数控系统的选择19一、选择机床数控装置应遵循的原则19二、gsk980td系统简介20三、gsk980td系统的接线21第二节

11、 变频器的选用21一、变频器的原理21二、变频器的选择22第三节 机床的电气改造设计32一、主传动系统控制电路的改造设计32二、进给系统控制电路的改造设计34三、刀架控制电路的改造设计34四、辅助系统电路控制的改造设计34第四章 plc实现机床的顺序控制34第一节 plc在机床控制系统中的功能34一、plc的控制对象34二、plc的基本结构及工作原理35第二节 plc的指令36一、plc的基本指令36二、plc的功能指令36第三节 plc在机床控制中的应用36一、输入输出信号的处理37第五章 机床的调试38第一节 参数的设置38一、参数设置的方法38二、状态参数的设置39第二节 机床的调试方法

12、39一、初始调试40二、空载调试40三、负载调试40第三节 机床精度验收40一、机床重复定位精度41二、定位精度41三、加工精度测量41第六章 总结和展望41第一节 论文的总结41第二节 展望42致 谢43参考文献44第一章 绪 论第一节 机床数控化改造的需要一、我国数控机床的情况我国目前机床总数有400余万台，而其中数控机床总数只有12万台，即我国机床数控化率不到3%。近10年来，我国数控机床年产量约为0.6-0.8万台，年产值约为18亿元.机床年产的数控化率为6%。我国机床役龄10年以上的占60以上;10年以下的机床中，自动/半自动机床不到20%, fmc/fms等自动化生产线更屈指可数(

13、美国和日本自动和半自动机床占60%以上)。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大多数是传统的机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力。直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。据专家预测，到2020年，我国数控机床消费额可达3402亿元。这些需求一方面通过购置新设备来满足，另一方面，如果充分利用我国的现有的存量资产，用更新改造后的设备替代和减少购置新设备，可以起到事半功倍的效果。以3402亿元的需求量估计，即使lo的需求通过

14、设备的再生改造来实现，每年也有34亿元的市场。自我国改革开放以来，很多企业从国外引进技术、设备和生产线进行技术改造。根据不完全统计，从1979-1988年10年间，全国引进技术改造项目就有18446项，大约165.8亿美元。这些项目中，大部分项目为我国的经济建设发挥了应有的作用。但是有的引进项目由于种种原因。设备或生产线不能正常运转，甚至瘫痪，使企业的效益受到影响.严重的使企业陷入困境。一些设备、生产线从国外引进以后，有的消化吸收不好，备件不全，维护不当，结果运转不良；有的引进时只注意引进设备、仪器、生产线，忽视软件、工艺、管理等，造成项目不完整，设备潜力不能发挥；有的甚至不能启动运行，没有发

15、挥应有的作用；有的生产线的产品销路很好，但是因为设备故障不能达产达标；有的因为能耗高、产品合格率低而造成亏损；有的已引进较长时间，需要进行技术更新。种种原因使原有的设备不仅没有创造财富，反而消耗着财富。这些不能使用的设备、生产线是个包袱，也是一批很大的存血资产，修好了就是财富。只要找出主要的技术难点，解决关键技术问题，就可以最小的投资盘活最大的存血资产，争取到最大的经济效益和社会效益。这也是一个极大的改造市场。二、机床数控化改造的必要性随着机电一体化技术的迅猛发展，数控机床的应用己日趋普及，机械制造业正在越来越多的采用数控技术来改善其生产加工方式，用以解决现代机械制造中结构复杂、精密、多变零件

16、的加工问题。然而，从目前企业面临的情况看，因数控机床价格昂贵，一次性投资大，使得企业难以承担，因此.对普通机床的数控化改造就显得非常必要。从微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。(一)可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件.(二)可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，效率比传统机床提高3-7倍。(三)加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易。不再需要“修配”。(四)可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。(五)拥有自动报瞥、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。从宏观上看，工业发达国

17、家的军、民机械工业.在70年代末、80年代初已开始大规棋应用数控机床。其本质是:采用信息技术对传统产业(包括军、民机械工业)进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、fmc、 fms外，还包括在产品开发中推行cad、 cae、 cam、虚拟制造以及在生产管理中推行mis(管理信息系统)、cims等等，以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等,由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造(称之为信息化)，最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竟争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年. 如我国在2007年全国生产的6068万台金属切削机床中，车床的产量

18、据估算超过30万台，其中数控车床约在7万台左右，数控化率约为233，而日本车床的数控化率为9559，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。第二节 数控化改造的内容以及特点一、数控改造的内容机床的数控化改造主要内容有以下几点：其一是恢复原功能，对机床存在故障的部分进行诊断并恢复；其二是nc化，在普通机床上加数显装置或加数控系统，改造成nc机床、cnc机床；其三是翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度；对其不满足生产要求的cnc系统以最新cnc进行更新；其四是技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使

19、用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新，较大幅度地提高水平和档次的更新改造。在这里，我们主要是在其原来c630普通车床的精度和刚度都完好的基础上进行数控化改造。二、机床数控改造的特点机床的数控化改造是在普通车床上加上一个数控装置，它能自动的按照事先预定的方式来加工，特别适合于旧车床的改造，在机械加工行业中的应用越来越广泛。它具有价格低廉，操作简便，生产效率可成倍提高等优点，因此我们也称它为经济型数控化车床。它非常符合国情厂情，受到企业欢迎，这主要是由于数控改造有以下几个方面突出特点和优点：（一）普通机床被充分利用，无资源的闲置浪费，且改造之后具有价格低廉的优点。同购置新

20、机床相比，一般可以节省60%-80%的费用，改造费用低，特别是大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床改造，只是新机床购置费用的1/3。即使有些特殊情况，如高数主轴、托盘自动交换装置的制造与安装过于费工、费钱，改造成本也高2-3倍，但与购置新机床相比，也能节省投资50%左右。（二）熟悉了解设备、操作简便 由于多年使用，操作者对机床的特性早已了解，在操作使用和维修方面培训时间短，见效快。改造的机床一安装好，就可以实现全负荷运转。并且它利用的床身、立柱等基础件都是重而坚固的铸造件，因此改造之后的机床的机械性能稳定可靠，可以当做新设备继续使用多年。（三）可以提高产品的质量和工作效率 可以解决复杂零件的加

21、工精度控制，加工的产品尺寸一致性好、合格率高、废品率降低以及提高生产效率。如改造后的机床，一般工作效率可提高普通机床的3-7倍。对复杂零件而言，难度越高，提高的工作效率也越明显。（四）可以减轻工人的劳动强度，提高工人的素质 数控机床的推广不仅能促进科技成果的普及和应用，还可以使工人的劳动强度降低，为“体力型”向“智能型”转变创造条件。第三节 本课题研究的主要内容及设计方案一、本课题研究的主要内容及设计方案（一）数控改造方案   1 用数控系统控制纵横两方向的步进电机，实现x、z两方向的进给。   2 将手动刀架换成电动刀架。   3

22、加装主轴编码器，以便于螺纹加工。    采用gsk980td交流伺服系统，由电源馈入模块、功率模块、操作面板、机床面板等组成。广州数控研制的新一代普及型车床 cnc gsk980td 是gsk980ta的升级产品，采用了32位高性能cpu和超大规模可编程器件fpga，运用实时多任务控制技术和硬件插补技术,实现m级精度运动控制和plc逻辑控制。 gsk980td系统内装集成plc实例应用程序，同时该系统有5.7英寸液晶显示器，带全功能键盘，16路口i/o接口，具有良好人机界面，系统具有高度可靠性能，加工精度高。  (二)具体措施

23、0; 1 进给系统改造：（1）拆除进给箱、丝杠、溜板箱，将步进电机装在进给箱丝杠支架右侧位置，把滚珠丝杠与步进电机连接，获得z向进给运动。（2）将原来的丝杠改为滚珠丝杠副。通过连接装置与步进电机连接，得到x向进给运动。  2 主轴脉冲编码器的安装。  3 电动刀架的安装 拆除原来的刀架，采用ldb4c6132电机刀架。  （三）gsk980td数控系统的构成  1 数控系统构成电源：提供ecu 24v dc；控制部件：用于控制最多3个模拟坐标轴；nc控制面板：带图形液晶显示和键盘；机床操作控制面板； i/

24、o接口：16点二进制i/o；电子手轮：在jog方式下，以增加量方式可手动操作x/z向运动。  2 系统的i/o接口分配    （1） 输入的控制信号：丝杆位置检测信号，包括x向和z向正负硬限位、x/z参考点开关信号；伺服过载和急停信号及伺服就绪信号；四工位刀架信号。    （2） 输出的控制信号：刀架正反转信号及油泵润滑信号；伺服使能信号。  3 参数设置及优化调试    plc机床参数包括i/o口高低电平有效定义、刀架控制、润滑有效、

25、倍数开关、急停、x/z硬限位、驱动优化有效、刀架位数、换刀监控时间、mcp面板按键定义等。二、本课题机床改造后的特点（一） 具有与原机床一致的刚度与强度.（二） 具有与原机床一致的加工范围。（三） 改造之后的机床运动精度在原来的基础上提高了0.001mm的精度（四） 可充分利用机床床身部分的已加工表面作为改造部分的定位和测量基准。（五） 改造后的机床外型将类似于国产经济型数控车床，整体较美观、大方。第二章 c630机械部分的改造与设计第一节 机械部分的设计一、纵向进给系统的设计与计算（一）系统负载的确定c630车床虽然能粗、精车各种黑色金属、有色金属及非金属材料工件的内、外圆柱面、内外圆锥面及

26、其他旋转面、粗、精车端面、车削各种常用公制、英制、模、径节螺纹及多头螺纹等，但是c630普通车床具有劳动强度大，生产零件的质量不一致，工作效率低等缺点。c630机床的主要技术参数： 1 床身上最大工件回转直径 630毫米 刀架滑板上最大工件回转直径 345毫米 最大工件长度 1400，3000，5000毫米 最大切削长度 1280，2880，4880毫米 主轴通孔直径 70毫米2 主轴 主轴前端孔锥度 1：20（100） 主轴转速级数 正转 18 级 反转 9 级 主轴转数范围 正转 14-750转/分 反转 20-800转/分3 走刀系统 纵横走刀量总数 54 纵向走刀量范围 主轴每转 0.

27、06-14.10毫米 横向走刀量范围 主轴每转 0.03-5.69毫米 溜板纵向快速移动速度 4米/分 刀架横向快速移动速度 1.62米/分 公制螺纹种数 59 公制螺纹范围 螺距 1-224毫米 模数螺纹种数 45 模数螺纹范围 模数 0.25-56 径节螺纹种数 48 径节螺纹范围 径节 112-2 床身丝杠直径螺距 4812毫米4 主电动机型号 y160m-4 主电动机功率 11kw 主电动机转速 1460r/min经济型数控机床的改造一般是步进电机经减速驱动丝杠，螺母固定在溜板箱上，带动刀架左右移动。步进电机的布置，可放在丝杠的任意一端。对于车床改造来说，外观不必象产品设计要求的那么高

28、，而从改造方便，实用方面来考虑。在这里我们把步进电机放在纵向丝杠的左端。脉冲当量是衡量数控机床加工精度的一个基本技术参数。经济型数控车床采用的脉冲当量是0ol一0005 mm/脉冲，此次改造的c630车床在纵向的脉冲当量取001 mm/step,横向的进给的脉冲当量取0.005mm/step。由上面的参数可知：工作台的重量: 起动加速时间： 行程： 步距角： 快速进给速度： （二）切削力计算用经验公式计算主切削力。纵切时车床的主切削力 (2.1)一车床床身上加工最大直径(mm)；由（2.1）得按比例分别求出分力和，由-进给抗力;-切深抗力：得= =作用在进给拖板上的载荷，可按下列式子求出：拖板

29、上进给方向载荷 = =；拖板上垂直方向载荷 =；拖板上横向方向载荷=；（三） 滚珠丝杠螺母副的设计计算与选型1 计算进给率引力fm(最大工作载荷) (2.2)根据实际的设计要求，查最大工作载荷fm的计算式表，选择综合型导轨，其k=i15，摩擦系数016，工作台重力g=800(n)，则 =2 计算最大动载荷 （2.3）其中;为丝杠转速（r/min） ，为最大切削力条件下的进给速度（m/min）,可取最高进给速度的1/21/3,取4/3=1.3(m/min);为丝杠导程（mm）;为使用寿命（h），对于数控机床15000h;为运转系数，查运转系数表，取=1.3;为硬度系数，查硬度系数表，取=1.35

30、;考虑到丝杠杠对加工精度和经济性的影响，应优先取4、6、8、10(mm)系列。(1)选基本导程=4 mm，则丝杠转速=；寿命=最大动载荷=(2)选基本导程=6 mm ，则丝杠转速=寿命=；最大动载荷=(3)选基本导程=8 mm ，则丝杠转速=寿命=；最大动载荷=考虑到工作要求，内循环浮动式垫片预紧滚珠丝杠副具有结构紧凑、刚性好、滚珠流通性好、摩擦损失小等优点，可以满足车床改造要求，故选台湾pmi滚珠丝杠，如图所示。查机电一体化技术手册表7214得相应的额定动载荷滚珠丝杠副的尺寸规格和结构类型，选用时应满足。·· 图2.1 滚珠丝杠实物图图2.2 滚珠丝杠的结构图查表，选择以

31、下验算：当时，表中额定动载荷显示；故基本导程的滚珠丝杠不符合使用要求；当=6mm时， =44518(n)，查得=33700(n), 额定动载荷显示;故基本导程的滚珠丝杠不符合使用要求；当=8mm时， =39912 (n)， 符合使用要求。查台湾pmi滚珠丝杠的参数，如下表所示：型号公称直径/mm导程/mm钢珠直径/mm循环圈数基本额定负荷/kgf刚性/kgf/um动负荷静负荷fdic-50085084.7626426014420157表2.1 纵向滚珠丝杠的参数3 传动效率计算（满足设计要求） （2.4） （2.5）式中：-丝杠螺旋长升角； -摩擦角，滚珠丝杠副的滚动摩擦系数，其摩擦角约等于；

32、 -丝杠基本导程； -丝杠公称直径；则滚珠丝杠副的摩擦角（1）当=8mm时，丝杠的拉伸或压缩变形量 (2.6)-在工作负载作用下引起每一导程的变化量，-最大工作载荷，-滚珠丝杠的导程，-材料弹性魔术，对钢-滚珠丝杠的载面积，,-丝杠的公称直径；-偏心距；-螺纹滚道的半径，故则滚珠丝杠总长度上拉伸或压缩变形量为-滚珠丝杠在支撑间的受力长度，。若两端采用角接触球轴承，且丝杠又进行了预紧，预紧力为最大工作载荷的时，其拉伸刚度可比一端固定的丝杠提高4倍，其实际变形量为:。(2)滚珠与螺纹滚道间接触变形（此项在总变形量中也占比较大的比重）。-圈的滚珠数（外循环）， 取；-滚珠数量， ；-轴向工作载荷 -

33、预紧力 有预紧力时 （2.7）由（2.6）得 当滚珠丝杠又预紧力，且预紧力为轴向工作载荷的1/3时，值可减少一半，即。（3）滚珠丝杠轴承的轴向接触变形。轴向接触变形中一般占的比重也比较大，不同类型的轴承的接触变形量可用不同的公式计算：推力球轴承 （2.8）为轴承所受轴向载荷(n)；z为轴承的滚动体数目；为轴承滚动体直径（mm）；查机械设计手册：,其内径，外径，宽，=0.009mm(4)滚珠丝杠的扭转变形引起的导程的变形量，一般所占的比重比较小，忽略不计。(5)螺母座及轴承支座的变形，一般所占的比重比较小，忽略不计。滚珠丝杠副刚度的验算，主要是验算,之和不应大于机床精度要求允许变形量的一半。由于

34、预紧的作用，采用双螺母预紧，可将原机床的刚度提高4倍。因此，只要机床精度。即，则符合条件。以基本导程最大的滚珠丝杠作为最终选择，即以=8mm的作为计算依据。对已选定尺寸的丝杠在给定的支承条件下，承受最大轴向负载时，应验算其没有产生纵向弯曲(失稳)的危险。产生失稳的临界负载可用下式计算 (2.9)由（2.9）得 -材料弹性模数，对钢；-截面惯性矩，；-滚珠丝杠两端的支撑距离，查丝杠支承方式系数表，因丝杠两端固定，取丝杠支撑方式系数，如果：稳定安全系数，故丝杠不失稳。许用稳定性安全系数，一般取=2.5-4。（四）步进电机的计算和选型目前经济型数控机床中一般采用的是用步进电动机作为驱动执行元件的开环

35、控制系统，该系统结构比较简单，不存在位置检测和反馈的问题，所以控制系统的实现与调试都比较容易。1 步进电机选择的一般原则首先确定步进电机的系列和额定转速，然后确定步进电机的额定容量。（1） 等效转动惯性量计算图 2.3 纵向滚珠丝杠与电机的连接传动比 故取 转动惯量计算 (2.10) (2.11) (2.12) (2.13) (2.14)中：钢的比重-丝杠的长度； -丝杠小径；-工作台质量折算到电机轴上的转动惯量；-丝杠转动量；-齿轮的转动惯量；-齿轮的转动惯量；-总的转动惯量；电机转动惯量很小可忽略。由（2.10）得由（2.11）得由（2.12）得由（2.13）得由（2.14）得=18.84

36、5（2）所需转动力矩计算机床在不同的工况下，所需转矩不同，下面分别按各阶段计算：快速空载启动时所需力矩 （2.15）最大切削负载时所需力矩 （2.16）快速进给时所需力矩 （2.17）式中：空载启动时折算到电动机轴上的加速度力矩，折算到电机轴上的摩擦力矩，由于丝杠预紧所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩，-折算到电机轴上的切削负载力矩。 当时 800 当 时 （2.18）当时预加载荷则： 由（2.15）得由（2.16）得由（2.17）得=从上面计算可以看出，m起、m切和m快三种工况下，以快速空载启动力矩最大，所以，以此项作为初选步进电机的依据。查经济型数控机床系统设计中，表7-3，当步进电机为

37、五项十拍时，；最大静力矩。按此最大静力矩，查表，130bf001型最大静转矩为950n.cm。大于所需最大静转矩，可作为初选型号，但还必须进一步考核步进电机起动矩频特性和运行矩频特性。（3）步进电机空载启动频率和切削时的工作频率：130bf001型步进电机允许的最高空载起动频率为3000hz，运行频率为16000hz。由130bf001步进电机起动矩频特性和运行矩频特性曲线看出当步进电机起动时， =2500 hz时，m=100ncm。远不能满足此机床所需求的空载起动力矩(582.16ncm)，直接使用则会产生失步现象，所以必须采用升降速控制(用软件实现)，将运动频率降到1000hz时，起动力矩

38、可增到588.4n.cm，然后在电路上采用高低压驱动电路，还可将步进电机输出力矩扩大1倍左右。当快速运动和切削进给时，130bf001型步进电机运行频率特性完全可以满足要求。二、横向进给系统的设计与计算（一）横向进给滚珠丝杠的计算与选型已知条件：横向溜板及刀架的重量: 起动加速时间： 行程： 步距角： 刀架横向快速移动速度： 由于横向进给系统的设计与计算和纵向进给系统的设计与计算是一样的，因此这里不再写计算的过程。根据确定的导程值、计算出的最大动载荷，参照滚珠丝杠螺母副的样本，选定型号为：fdic5006，即内循环螺纹预紧螺母式滚珠丝杠副，其基本额定动载荷为33700n>=33548.2

39、n，故强度足够用，具体参数见表4-5。型号公称直径/mm导程/mm钢珠直径/mm循环圈数基本额定负荷/kgf刚性/kgf/um动负荷静负荷fdic-50065063.96963370012380152表2.2 横向滚珠丝杠的参数经过滚珠丝杠副刚度的验算得出该丝杠的精度符合机床的精度（二）横向步进电机的计算和选型横向进给没有纵向进给负荷的那么多，我采用步进电机通过联轴器直接与滚珠丝杠连接的方式，因此传动比为1。经济型数控改造的横向进给电机的计算与纵向进给电机的计算方法是一样的。从而我们可以选择出横向步进电机型号13obf001型。第二节 机械部分改造一、主轴传动系统的改造c630型车床主要用于对

40、中小型轴类、盘类以及螺纹零件的单一或综合加工，改造后机床应具有自动和手动(对刀、简单零件的加工)加工方式。机床主传动的作用是把电动机的转速和转矩通过一定的途径传给主轴，使工件得到不同转动速度，主传动性能的好坏，直接影响着零件的加工质量和加工效率。鉴于机床改造的经济性，为提高加工精度，实现主轴自动无级变速，可在c630机床原有的普通三相异步交流电动机拖动基础上，保留原有的变速箱，由变速手柄来完成主轴的有级调速，主轴电动机采用型号为y160m-4电动机，配备相应的电气控制设备实现主轴的正反转、主轴点运动、主轴电动机的热保护等功能。1.主轴脉冲编码器的选择为了使数控改造后的cjk630车床，具有螺纹

41、的切削功能，必须在主轴上安装一个脉冲编码器，以测量主轴的转速和分度，建立主轴与刀具进给轴之间的联系，即保证主轴每转一转，刀具准确移动一个导程，在主轴部分安装主轴脉冲发生器。为保证脉冲发生器与主轴等速旋转，在改装时，我们首先将进刀箱上的手柄（控制螺纹的手柄）以及与手柄相联结主轴箱内的轴取消，然后在c630原有机床的左侧安装一个光电脉冲编码器。那么就要从纵向步进电机的步距角的大小决定编码器的分辨率。二进制光电脉冲编码器的分辨率符合公式:式中 -码道数根据改装后的数控车床纵向步进电机的步距角为0.75，主轴编码器的分辨率应小于纵向步进电机的步距角，取=0.6 ;通过公式计算得10，即取主轴编码器的线

42、数为1024线。脉冲编码器的型号为zxf-102.4bm-co5d(6m)。光电脉冲编码器与轴的连接采用的是柔性连接。柔性连接-采用弹性元件的连接，弹性联轴器选用瑞普繁荣联轴器，该联轴器有固定螺钉型和夹钳形两种。固定螺钉型是将螺钉押入轴内进行安装的连接方式。因螺钉前端直接碰触轴面，有可能引起轴受损，因此选用夹钳型弹性联轴器。夹钳型是利用螺丝的锁紧力，收缩孔径，锁紧轴部，因此能在不损伤轴的情况下，进行轻松的安装与拆卸工作。如图所示：主轴编码器图2.4 主轴编码器2、改进c630车床主轴箱传动系统结构本次改造保留原主轴箱齿轮换档变速机构，由数控系统控制主轴的正转、反转和停止。我们对c630车床主运

43、动传动做了如图所示的改进。该系统由电动机通过带轮把运动与动力传到i轴，在这里将i轴上原有的反向摩擦片取消，再由i轴通过齿轮把运动与动力传到ii轴，通过ii轴的齿轮将动力传递给iii轴，轴与v轴直联。然后由v轴通过齿轮把运动与动力传给主轴。因为这里是用数控系统来控制主轴的停止，所以还要把主轴箱内的制动器取消。二、进给系统的改造将原机床的挂轮机构、进给箱、溜板箱、滑动丝杠等全部拆除，在此位置装一支架用来固定滚珠丝杠螺母，纵向进给系统以步进电机作为驱动元件，经一级齿轮减速转矩增大后，由滚珠丝杠传动。滚珠丝杆仍利用原丝杠位置，其螺母副通过托架安装在床鞍底部，滚珠丝杠两端加装接套、接杆及支承，与床头步进

44、电机连接。步进电机经减速后和滚珠丝杠套筒联轴器连接。把加工好的支承座用螺栓固定在机床上，需要保证两端孔的同轴度，按照前面分析的传动要求安装固定好滚珠丝杠和电机。1.纵向进给电机 2.减速齿轮 3.纵向滚珠丝杠 4.工作台 5.套筒联轴器 6.支撑轴图2.5 纵向进给传动三、刀架的改造采用自动回转刀架是提高数控车床自动化程度的一项重要措施，兼有伺服电机自动变换主轴转速的功能，在切削加工中减轻了操作者的劳动强度，提高了生产效率。那么，首先拆除原方型刀架，为了满足在一台机床上一次装夹完成多工序加工，经多次调研和试用，我们选用ldb4-6132型刀架，安装ldb46132型四方位自动刀架。该刀架不但可

45、代替普通车床手动刀架，还可用作数控机床控制元件，实现刀架自动回转。电动刀架的电气控制分为强电和弱电两部分，强电部分由三相电源驱动三相交流异步电动机正、反转旋转，从而实现电动刀架的松开、转位、锁紧等动作，如图所示为刀架锁紧时的结构图；弱电部分主要由位置传感器-发讯盘构成。发讯盘采用霍尔传感器检测刀位的位置和发讯，电动机反转完成刀具定位。该刀架体积小，重复定位精度高，适用于强力车削且安全可靠。图2.6 刀架的结构加工时，先在4把刀上编上刀号，在零件加工程序中设有专门调刀指令，注明刀号，执行到该指令时，微电脑就发出转刀脉冲，经过隔离放大后，控制刀架电机正转，刀架首先放松，抬起，然后转位每一次转过几个

46、刀位是用发出的转刀脉冲时间长短来控制的。换刀到位时，电机反转夹紧。完毕后，电机停转，向计算机发出答讯信号，微电脑收到答讯信号，就认为该次换刀结束，而系统继续执行程序如图所示图2.7 刀架与系统的连接四、自动润滑系统的改造c630机床采用的润滑方式是手动润滑方式，它是一种原始的润滑方式，需要工人常常润滑，非常的不方便。所以，我们在机床上安装一个自动润滑系统，它可以实现每隔几秒钟自动润滑一次。根据需要，我们选用versa iii 新型电动润滑泵。versa iii 新型电动润滑泵是一种齿轮泵，其结构更加合理，性能更加优良，适用范围更加广泛，自吸性能大大改善，容积效率更高，可使用粘度在20-2000

47、cst的润滑油。versa iii 新型电动润滑泵的技术参数及性能，如表所示：电机额定转速电压电机功率额定压力最高压力1350 rpm100v 110v35w,20w1.4 mpa2.5 mpa220v 380v空载流量容积效率润滑油粘度过滤精度油罐容积100 ml/min参考p-q曲线20-2000cst902l, 3l, 4l,6l200 ml/min表2.3 自动润滑泵的参数versa iii 新型电动润滑泵在工作时的参数为：输入电源电压是220vac10%；控制负载功率是35w；故障继电器接点容量为220，30w；环境温度是-20-60；保险丝的规格是，1a。第三章 数控系统的选择和机

48、床电气部分的设计第一节 数控系统的选择一、选择机床数控装置应遵循的原则目前能使用于改造数控机床的cnc装置的种类规格繁多，为了能使cnc系统更好地满足数控改造的要求，更好地与改造的数控专用机床本体相匹配，在选择数控系统时，应考虑以下一些最基本的原则。（一）根据改造的数控机床的类型选择相应的cnc系统通常，不同的机型设备适合配备不同型号的cnc系统，本课题以c630车床为改造对象研究普通机床回转功能曲面数控加工改造技术，应根据该机床主要功能选相应的数控系统。目前市场上国内外生产的数控系统品种繁多，一般应选择技术力量雄厚的厂家的产品.（二）根据改造后的数控机床的使用指标选择cnc系统一般可供选择的

49、数控系统中，其性能高低差别很大，专业生产厂家都有高、中、低几档产品供选用，有全功能型、智能型、经济型等.它们的价格也相差数倍，对于一般的机床改造来说，就目前刀具能达到的切削能力，追求过高的运动速度显然是不合理的，并且会使改造的成本大大增加.因此不能片面地追求高水平、新系统、全功能、大容量等，而应对机床所要求的使用性能和供货价格作综合分析，以达到最佳的性能价格比，选择合适的cnc系统。（三）根据数控机床的使用性能合理地选择cnc系统的功能目前市场上标准的数控系统产品中，除了具有基本功能以外，还有大量可供选择的功能。一些供货商追求基本系统商品的低价，把一些重要功能都列入选择功能，对数控系统的用户来

50、说，满足使用要求是基本的，追求太多的选择功能，会使改造后的数控机床的价格很高。（四）选购cnc系统时要考虑周到通常用户在选购时，要避免功能的遗漏，争取把需要的系统功能一次订全，否则以后补订会给用户造成很大的经济损失，甚至有些功能不能在原系统上增补、不匹配或不能正常使用。（五）选择cnc系统应尽童采用大厂、大公司的产品因为每一个厂家、公司生产的cnc系统都需要有相应的操作者、维修者、维修备件、外联维修网络等一系列技术后援支持条件，所以相对集中在某一厂家、公司购买系统对以后长期使用和维修是有利的。（六）考虑性能价格比及售后技术服务条件、维修服务提供是否快捷等方面来选择数控系统。对机床进行数控改造时，经过对比多种数控系统，综合多方面的考察，决定选用广数980td系统。二、gsk980td系统简介（一）数控车床plc的选型普通车床的数控改造主要采用内装型的plc。内装型不仅可以较好地完成数控机床开关量控制，而且plc与数控系统之间的信息交换在数控系统内部完成，其连线少，易于维修，成本也低:由此可见，进行经济型数控机床改造，选用内装型plc是比较合适的。从1/0点数角度上来讲，即要考虑到“经济”又要考虑到“实惠”。 广州数控研